石化廠區(qū)清潔雨水管道系統(tǒng)的設計計算研究

林廷獻

(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院 福建福州 350008)

石化廠區(qū)清潔雨水管道系統(tǒng)的設計計算研究

林廷獻

(福建省城鄉(xiāng)規(guī)劃設計研究院 福建福州 350008)

分析了石化廠區(qū)雨水系統(tǒng)的特點，并據(jù)此劃分了石化廠區(qū)雨水系統(tǒng)的類別，確定了適合其內(nèi)部清潔雨水管道設計流量計算的相關(guān)參數(shù)，進而詳細介紹了清潔雨水管道設計流量的具體計算過程。

石化廠區(qū)；初期雨水；清潔雨水；暴雨強度

0 引言

石化廠區(qū)的管線多且復雜，特別是由于廠區(qū)內(nèi)初期雨水污染嚴重等特點，必須對初期雨水進行處理達標后才能外排，其內(nèi)部管線的計算設計與市政道路管線之間存在著較大區(qū)別。國內(nèi)現(xiàn)狀主要對初期雨水量的界定、初期雨水的收集與處理展開研究，但對污染區(qū)域的初期雨水經(jīng)單獨收集后，清潔雨水管道系統(tǒng)設計計算的影響研究甚少。本文對石化廠區(qū)的特點，研究其暴雨計算相關(guān)參數(shù)及清潔雨水管道系統(tǒng)的設計計算方法，以供有關(guān)設計參考。

1 石化廠區(qū)雨水系統(tǒng)分類

石化企業(yè)內(nèi)的油庫區(qū)、罐區(qū)、生產(chǎn)裝置區(qū)等由于生產(chǎn)運輸過程的“跑、冒、滴、漏”，以及事故等原因，散落在露天場地的油品和化工產(chǎn)品，被雨水沖刷后形成含油量大、污染嚴重的初期雨水[1]，需在污染區(qū)域周圍設置圍堰，將初期污染雨水收集后進入初期雨水系統(tǒng)，再用水泵提升到含油雨水緩沖罐，經(jīng)隔油、浮選等工藝處理后排至監(jiān)控池，監(jiān)控合格后外排[1-2]；如發(fā)現(xiàn)監(jiān)控池中水質(zhì)仍不滿足排放要求，則切換到污水處理場進一步生化處理。污染區(qū)域的后期雨水則與其它區(qū)域(如輔助生產(chǎn)區(qū)域、道路等)的清潔雨水一同進入清潔雨水系統(tǒng)，經(jīng)監(jiān)控池監(jiān)控合格后外排[3]，如圖1所示。

圖1 石化廠區(qū)雨水系統(tǒng)示意圖

2 相關(guān)參數(shù)確定

雨水管道系統(tǒng)所要排除的雨水，屬于暴雨性質(zhì)，形成的雨水徑流量較大，應按城市暴雨強度公式和雨水設計流量公式計算。

Q=ψ·q·F

(1)

(2)

式中：Q——雨水設計流量，L/s；ψ——地面徑流系數(shù)；q——設計暴雨強度，L/s·ha；F——匯水面積，ha；P——設計暴雨重現(xiàn)期，a；t——降雨歷時，min；t1——地面集水時間，min；t2——雨水在管道中流到設計斷面的流行時間，min；A、C、b、n——待定參數(shù)。

(1)設計重現(xiàn)期P

暴雨強度的重現(xiàn)期指等于或大于該暴雨強度發(fā)生一次的平均時間間隔。針對不同重要程度地區(qū)的雨水管渠，應采取不同的重現(xiàn)期來設計?！妒彝馀潘O計規(guī)范》(GB50014-2006，2016版)規(guī)定中小城市中心城區(qū)重要地區(qū)雨水管渠設計重現(xiàn)期采用3年～5年。大城市和特大城市中心城區(qū)的重要地區(qū)雨水管渠設計重現(xiàn)期采用5年～10年[4]。因此，根據(jù)石化企業(yè)的規(guī)模和重要性，結(jié)合經(jīng)濟因素，重現(xiàn)期采用3年～10年計算較為合理，有條件的地區(qū)則可取更高。

(2)徑流系數(shù)ψ

影響徑流系數(shù)的因素有地面透水性、植物和洼地的截流量、集流時間和暴雨雨型等，應根據(jù)地塊的不同性質(zhì)選用。石化廠內(nèi)地塊多為混凝土路面或屋面，硬化程度較高，地表透水性差，綜合徑流系數(shù)應采用0.8～0.85。

(3)地面集水時間t1

在地面平坦、地面覆蓋接近的情況下，地面集水距離是決定集水時間長短的主要因素，當?shù)孛婕嚯x為50m～150m時，地面集水時間t1取5min～15min。廠內(nèi)雨水管道系統(tǒng)由于每條管段的匯水面積較小，最長地面集水距離一般不超過50m，其地面匯流時間t1通常取5min。

(4)初期污染雨水降雨歷時t初

根據(jù)《石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設計規(guī)范》(SH3015-2003)及石化廠區(qū)雨水排水設計經(jīng)驗，初期污染雨水一般定義為污染區(qū)域的初期15mm～30mm雨水量，具體應根據(jù)初期雨水的污染程度及暴雨特征綜合選定[1，3]。初期雨水進入污染雨水管道系統(tǒng)，后期的清潔雨水與其他區(qū)域的雨水一起匯入清潔雨水管道系統(tǒng)中，相當于延長了雨水匯入管道的地面集水時間t1(此時t2=0，降雨歷時t=t1)。因此，需計算初期污染雨水對應的降雨歷時t初。

將公式(2)轉(zhuǎn)化為：

(3)

式中：i——暴雨強度，mm/min。

暴雨強度公式是根據(jù)5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min實測平均暴雨強度經(jīng)過頻率分析，得出上述各種歷時及各種重現(xiàn)期的平均暴雨強度，然后再建立其經(jīng)驗公式。所以，利用公式計算出的降雨強度i或q都是指某歷時平均雨強。

因此，降雨量ΔH：

ΔH=it

(4)

將公式(3)帶入公式(4)，得：

(5)

因此，可根據(jù)設計重現(xiàn)期P，求出對應的初期降雨歷時t初。

3 設計計算

根據(jù)暴雨強度公式(2)，計算雨水管段設計流量時，隨著計算管段數(shù)量的增加，集水面積不斷增大，降雨強度則逐漸減小。由于30mm初期降雨量對應的降雨歷時較長，如果中間管段有匯流將初期雨水單獨收集的地塊，應計算匯流該地塊時的管段雨水設計流量(降雨歷時取大的管段)。如果該流量小于上游雨水管道的設計流量，應設定下游管段設計流量等于上游管段設計流量。具體計算過程如圖2所示。

圖2 雨水管道設計流量計算注：指無污染地塊 指初期雨水單獨收集的污染地塊

(1)第一條雨水管道的設計流量Q1

起始端t初一般比t1+mt2大，降雨歷時未達到t初時，污染地塊的雨水進入初期雨水管道系統(tǒng)，清潔雨水管道的流量Q1僅為清潔地塊的雨水，則Q1為：

(6)

當降雨歷時達到t初時，污染地塊的初期雨水收集結(jié)束，該地塊后期雨水開始進入清潔雨水管道系統(tǒng)，此時清潔雨水管道的流量Q1為：

(7)

比較公式(6)和(7)的計算結(jié)果，管段設計流量按大者選用。

(2)第二條雨水管道的設計流量Q2

(8)

或

(9)

將公式(8)和(9)的計算結(jié)果進行比較，管道設計流量按大者選用。

(10)

將公式(10)的計算結(jié)果與Q1進行比較，管道設計流量按大者選用。

(3)第N-1條雨水管道的設計流量QN-1

(11)

或

(12)

將公式(11)和(12)的計算結(jié)果與QN-2進行比較，管道設計流量按大者選用。

(13)

將公式(13)的計算結(jié)果與QN-2進行比較，管道設計流量按大者選用。

(4)第N條雨水管道的設計流量QN

(14)

或

(15)

將公式(14)和(15)的計算結(jié)果與QN-1進行比較，管道設計流量按大者選用。

(16)

將公式(16)的計算結(jié)果與QN-1進行比較，管道設計流量按大者選用。

4 結(jié)語

由于石化廠區(qū)污染區(qū)域的初期雨水需單獨收集，后期該污染區(qū)域的雨水則與其它區(qū)域(如輔助生產(chǎn)區(qū)域、道路等)的清潔雨水一同進入清潔雨水系統(tǒng)，因此，其清潔雨水管道系統(tǒng)的計算與市政道路雨水管道系統(tǒng)的計算不同。通過分析研究，提出以下建議，供設計計算時參考：

(1)暴雨強度的重現(xiàn)期應采用3年～10年；綜合徑流系數(shù)采用0.8～0.85；地面集水時間采用5min。

(2)初期污染雨水一般定義為污染區(qū)域的初期15mm～30mm雨水量，具體應根據(jù)初期雨水的污染程度及暴雨特征綜合選定，而清潔雨水管道系統(tǒng)計算所需的初期降雨歷時應根據(jù)公式(5)，從設定的初期污染雨水量推算得出。

(4)市政道路上在降雨初期約10mm～15mm厚形成的地表徑流，由于溶解了空氣中的大量酸性氣體、汽車尾氣、工廠廢氣等污染性氣體，雨水的污染程度高[5]，其初期雨水的徑流過程與石化廠區(qū)相似，因此，市政道路上后期雨水管道的計算也可參考文中石化廠區(qū)清潔雨水管道系統(tǒng)的相關(guān)計算方法。

[1] 陳中濤，郭宏山，回軍，等. 煉油企業(yè)初期雨水收集和處理[J]. 油氣田環(huán)境保護，2011，21(6)：25-26.

[2] 曹杰. 聯(lián)合化工廠暴雨雨水的治理[J]. 石油化工設計，1997，14(2)：56-57.

[3] SH3015-2003 石油化工企業(yè)給水排水系統(tǒng)設計規(guī)范[S] .2003.

[4] GB50014-2006 室外排水設計規(guī)范[S].2016.

[5] 初期雨水治理打造“清水工程”新亮點.新華網(wǎng)[Z]．2015-01-23.

Design and calculation of clean rainwater piping system in petrochemical plant area

LINTingxian

(Fujian Urban & Rural Planning Design Institute,Fuzhou 350008)

Analyzed the characteristics of petrochemical factory drainage system, and on the basis of dividing the drainage system of the petrochemical factory category, determined the suitable to the internal clean rainwater pipeline design flow calculation of relevant parameters, and then introduced the clean rainwater pipeline design flow of the concrete calculation process.

Petrochemical factory; Initial rainwater; Clean rainwater; Rainstorm intensity

林廷獻(1985.12- )男，工程師

E-mail:289370277@qq.com

2017-05-07

TU991

A

1004-6135(2017)07-0140-03